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河北科技師范學院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書 切菜機的設(shè)計 院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系 專 業(yè) 名 稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 生 姓 名： 王浩兵 學 生 學 號： 9313110218 指 導 教 師： 劉長榮 2014年10月25日 河北科技師范學院教務(wù)處制 一、主要研究內(nèi)容 1. 查閱相關(guān)文獻資料，進行市場調(diào)研 2. 進行結(jié)構(gòu)分析，確定設(shè)計方案 3. 驅(qū)動電動機的選擇 4. 傳動機構(gòu)選擇 5. 切削機構(gòu)的設(shè)計 6. 切削刀具的設(shè)計 7. 機架機構(gòu)的設(shè)計 二、基本要求 通過調(diào)查研究，查閱相關(guān)資料，撰寫畢業(yè)設(shè)計開題報告、文獻綜述（3000-5000字）、外文翻譯（不少于3000漢字）；寫出設(shè)計說明書一份（不少于10000字），完成各非標準零件的零件圖和整機裝配圖的繪制，至少0號圖紙兩張；畢業(yè)設(shè)計完成時，提交畢業(yè)設(shè)計要求的全部資料并刻成光盤；其它要求參見《河北科技師范學院本科畢業(yè)論文（設(shè)計）條例》校教字 [2011]12號。 三、工作進度 2014年10月～2015年1月：根據(jù)指導教師下達畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書，搜集資料，完成文獻綜述，外文翻譯, 確定方案，完成開題報告。 2015年1月12開題報告答辯； 2015年3月23日～2015年5月初：完成裝配圖、主要零部件圖和畢業(yè)設(shè)計說明書 2015年5月初～2015年5中旬：在老師的建議下對畢業(yè)設(shè)計文獻進行修改整理 2015年5月下旬：完成畢業(yè)設(shè)計全部資料，答辯。 四、參考文獻 [1]龔溎義, 羅圣國，李平林，張立乃，黃少顏.機械設(shè)計課程設(shè)計指導書[M].第二版. 北京：高等教育出版社，2009 [2] 吳克堅,于曉紅,錢瑞明. 機械設(shè)計 [M].第一版.北京：高等教育出版社，2003 [3] 殷涌光,丁慶宇，羅陳，牟光慶. 食品機械與設(shè)備 [TS].北京：化學工業(yè)出版社，2007 [4] 龔溎義,潘沛霖，陳秀，嚴國良. 機械設(shè)計課程設(shè)計圖冊 [M].北京:高等教育出版社,2009 [5] 孔凌嘉,毛謙德. 簡明機械設(shè)計手冊 [M].北京：北京理工大學出版社，2008 [6] Neil Sclater,Nicholas P.Chironis. 機械設(shè)計實用機構(gòu)與裝置圖冊 [M]. 鄒平.北京：機械工業(yè)出版社，2007 [7] Werner J Glantschnis. Green design: An introduction to issues and challenges [J] IEEE Transactions on Components. Packaging and Manufacturing Technology.Part-A.1994.17(4) 指導教師簽名： 教研室主任審查簽名： 河北科技師范學院 本科畢業(yè)論文（設(shè)計） 切菜機的設(shè)計 院（系、部）名 稱 ： 歐美學院機電科學與工程系 專 業(yè) 名 稱： 機械設(shè)計制造及其自動化 學 生 姓 名： 王浩兵 學 生 學 號： 9313110218 指 導 教 師： 劉長榮 2015年3月30日 河北科技師范學院教務(wù)處制 摘 要 切菜機是蔬菜加工企業(yè)和單位的主要設(shè)備之一，在改善人們生活質(zhì)量和出口加工蔬菜創(chuàng)匯方面起到了重要作用。切菜機機要實現(xiàn)切削蔬菜的功能主要是模仿手工切菜方式，即刀具與蔬菜成一定角度作往復運動，同時蔬菜朝著刀具的切削面作進給運動。 本次設(shè)計的切菜機主要由外殼體、刀架、弧形刀具、電機底座、推板、絲杠、齒輪系等組成。在本次設(shè)計過程中，首先調(diào)查分析了切菜機的研究現(xiàn)況及工作原理，在此基礎(chǔ)上提出總體設(shè)計方案；接著，對各機構(gòu)主要零部件進行了詳細的設(shè)計；最后，采用AutoCAD繪圖軟件繪制了切菜機的裝配圖及主要零部件圖。 通過本次設(shè)計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設(shè)計、材料力學、公差與互換性理論、機械制圖等；也掌握了普通機械產(chǎn)品的設(shè)計方法，并能熟練使用AutoCAD繪圖軟件，對今后的工作有極大意義。 關(guān)鍵字：切菜機、刀具、齒輪、設(shè)計 Abstract Shredder is one of the main equipment vegetable processing enterprises and units in improving people's quality of life and earning export processing vegetables plays an important role. Shredder confidential realize the function of cutting vegetables are mainly hand-chopping imitate a way that the tool and vegetables angled reciprocate, while vegetables towards the cutting surface of the tool for the feed motion. The design of the shredder is mainly composed of the outer casing, knife, curved knives, motor base, push plates, screws, gears and other components. In this design process, the first investigation and analysis of the research status and works Shredder, the overall design scheme proposed on this basis; then, the main components of the agencies carried out a detailed design; and finally, the use of AutoCAD drawings software to draw the assembly drawing Shredder and main parts diagram. Through this design, the consolidation of the university is expertise, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing, etc; also mastered the design method general machinery products, and can skillfully use AutoCAD mapping software, the future work of great significance. Keywords: Vegetable machine, Tool, gear, Design 目 錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒論 1 1.1研究背景及意義 1 1.2國內(nèi)外切菜機現(xiàn)狀 1 1.3切菜機介紹 2 1.3.1 切菜機介紹 2 1.3.2 切菜機的工作原理 2 第二章 總體方案設(shè)計 3 2.1原理和應(yīng)用分析 3 2.1.1切片運動形式的選擇 3 2.2 切菜機方案設(shè)計 3 2.2.1刀具方案選擇 3 2.2.2進給方案的選擇 3 2.2.3傳動方案設(shè)計 3 2.3 技術(shù)參數(shù)選擇 4 第三章 動力及傳動機構(gòu)設(shè)計 5 3.1 電動機的選擇 5 3.2帶傳動的設(shè)計 5 3.2.1帶一的設(shè)計 5 3.2.2帶二的計算 6 3.3圓柱齒輪的設(shè)計 8 3.3.1選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級 8 3.3.2按齒面接觸強度設(shè)計 8 3.3.3按齒根彎曲強度設(shè)計 9 3.3.4幾何尺寸計算 11 3.4錐齒輪設(shè)計 11 3.4.1 技術(shù)要求 11 3.4.2 選定材料、熱處理及精度 11 3.4.3 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 12 3.4.4 強度校核 12 3.4.5 齒輪幾何尺寸計算 14 3.4.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 15 3.5 軸的設(shè)計 15 3.5.1軸徑的初步估算 15 3.5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 3.5.3軸的受力分析 16 3.5.4軸的強度校核 17 3.5.5軸上鍵的校核 17 3.5.6軸承的校核 18 第四章 其他機構(gòu)設(shè)計 20 4.1 切削機構(gòu)設(shè)計 20 4.1.1 設(shè)計要求 20 4.1.2 機構(gòu)設(shè)計 20 4.2刀盤部件設(shè)計 21 4.2.1新月型刀具 21 4.2.2圓盤刀具 21 4.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 4.3.1左箱體的設(shè)計 23 4.3.2 右箱體的設(shè)計 23 總 結(jié) 25 參考文獻 26 致 謝 27 28 河北科技師范學院畢業(yè)（論文）設(shè)計 第一章 緒論 1.1研究背景及意義 20世紀以來，我國食品工業(yè)較改革開放初期有了很大的發(fā)展，人民生活有了很大的改善，日益對食品加工和食品包裝提出了更高的要求。發(fā)展食品工業(yè)的基礎(chǔ)便是食品機械。不斷地研制各種類型的食品機械來促進食品工業(yè)的發(fā)展，以滿足不斷提高的人民物質(zhì)和文化生活的需要，使人們從繁重的家務(wù)勞動中解放出來，而以更充裕的時間投入到工作中去。因此研制先進的食品機械，使食品加工迅速地實現(xiàn)機械化和自動化是社會發(fā)展必然趨勢。 隨著經(jīng)濟的發(fā)展,人們物質(zhì)生活水平的不斷提高,人們的飲食習慣逐步向方便,快捷,營養(yǎng)化發(fā)展，在蔬菜的加工方面出現(xiàn)了凈菜半成品菜，受到廣大人民群眾的歡迎。隨之而來，半成品菜的加工成為難題。雖然中國勞動力低廉，但手工切出的制品不衛(wèi)生，規(guī)格尺寸不均，破損量大，成本相對較高。 切菜機的設(shè)計課題研究的目的是隨著人民對生活水平的不斷要求，食用蔬菜成為人們重要部分，蔬菜加工出口擴展國際市場也得到蓬勃發(fā)展。切菜機是蔬菜加工企業(yè)和單位的主要設(shè)備之一，在改善人們生活質(zhì)量和出口加工蔬菜創(chuàng)匯方面起到了重要作用。近年來市場年銷量遞增，隨著國內(nèi)外對蔬菜加工規(guī)格需求范圍的擴大，傳統(tǒng)切菜機的切菜長度，切菜質(zhì)量、操作等很難達到用戶的要求。因此，對切菜機升級換代勢在必得，設(shè)計一種使用根據(jù)切菜長度自動控制切菜速度等參數(shù)的新型切菜機顯得更加重要。使其代替繁瑣的人工調(diào)試，且調(diào)整準確、快捷，提高切菜質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率等。 1.2國內(nèi)外切菜機現(xiàn)狀 切菜機是1963年由法國發(fā)明家韋爾登發(fā)明制造的，并申請獲得專利。1971年，他為家庭主婦設(shè)計出一種“魔法”攪拌器，它集切、拌、揉諸多功能于一體。到現(xiàn)在，切菜機的發(fā)展已有將近五十年的歷史了，其功能也越來越強大。目前，在國內(nèi)外有著各種各樣的切菜機，主要有：多功能旋轉(zhuǎn)式切菜機、離心式切菜機、切丁機、圓盤切口機、只顯示多用切菜機等。 目前，國內(nèi)生產(chǎn)切菜機的廠家不多，現(xiàn)在我國的食品機械行業(yè)的主要機器型號有JY-Q550型切菜機,PQT-580型切菜機（整機（無級）：1200×700×300MM,外形尺寸：送料槽：長×寬=1000×140MM）；CHD40型推桿式切菜機QD-DLC2智能型蔬菜切割機；QCJ-Ⅰ型切菜機TW-801A切菜機,機器尺寸：1160（L）×530（W）×1000（H）(mm)機器重量：135KG切割尺寸1-60mm(葉菜部)產(chǎn)量：300-100kg/HR電源：220V單相馬力：3/4HP皮帶寬：120mm；DQ180A、DQ180B切菜機；CHD40型料斗式切菜機；作為EMURA的主力產(chǎn)品,其最新推出的切菜機ECD-202型,CHQC-100DI型切菜機規(guī)格470×410×620mm符合Q/WHS02-2001技術(shù)條件要求；JW-301型切菜機，技術(shù)參數(shù)：電壓/頻率：230-240V/50-60HZ 功率：35W 重量：2kg 線長:1．8m尺寸：120×342×210(mm) 大箱尺寸:445×420×490(mm)等，模擬手工切菜機為多。 這些廠家生產(chǎn)的切菜機的主要不足是功能少和價格高昂，因此設(shè)計多功能的高效率而體積小的多用切菜機是十分必要的。本文介紹了一種可以切蔬菜，加工多種食品的切菜機，而且生產(chǎn)率很高，尤其適合小型的飲食行業(yè)的使用。 1.3切菜機介紹 1.3.1 切菜機介紹 目前我國市場上生產(chǎn)和銷售的切菜機主要是針對食品加工廠以及大型的食堂飯店所設(shè)計的，根據(jù)其功能的多寡主要分為兩類： 單切型切菜機 單切型切菜機適用于片、段、絲、塊莖、葉菜、海帶等。典型結(jié)構(gòu)為箱式。 多功能型切菜機 多功能型切菜機包含單切機的所以功能的同時，也可切圓形如土豆、蘿卜等。可將根、莖、葉等蔬菜加工成片、絲、丁、菱、曲線、花丁、花片等。典型的結(jié)構(gòu)有兩種： 雙頭型切菜機 一頭專切葉菜類，由傳送帶送菜，往復運動的刀具進行切削；一頭專切土豆、蘿卜等根莖類、塊類蔬菜，原料從傾斜的料筒送入，由旋轉(zhuǎn)刀具進行切削，可同時工作，通過更換刀盤，可以切出各種規(guī)格的片、絲、條。 組合式切菜機 水平傳送帶傳送原料，由在傳送帶上間隔分布的成一定角度的多個刀具進行切削，根據(jù)需要原料在傳送帶上經(jīng)一次或多次切削后成形，成品的形狀參數(shù)通過調(diào)節(jié)刀具的切削速度及原料的傳送速度來控制。 現(xiàn)有的切菜機一般特點是：操作簡單方便，性能穩(wěn)定，故障率低，成熟可靠，維修方便；生產(chǎn)效率高，加工產(chǎn)品形狀范圍廣，破損率較低等。適用于食品行業(yè)、蔬菜加工行業(yè)、餐飲行業(yè)的各類蔬菜加工。 1.3.2 切菜機的工作原理 切菜機是食品原料預處理機械的一種，其切割過程是利用剪切原理實現(xiàn)物料切斷或者切碎的過程，通過物料和切刀之間產(chǎn)生的相對運動來完成。切菜機所加工的物料為蔬菜，加工后的形狀和規(guī)格也與其他切割機械有較大差異，是一類專用設(shè)備。 切菜機實現(xiàn)切割的方式主要是模擬手工切菜，蔬菜沿固定方向作進給運動，刀具在某一位置作往復運動，實現(xiàn)切割目的。 第二章 總體方案設(shè)計 2.1原理和應(yīng)用分析 2.1.1切片運動形式的選擇 切菜機機要實現(xiàn)切削蔬菜的功能主要是模仿手工切菜方式，即刀具與蔬菜成一定角度作往復運動，同時蔬菜朝著刀具的切削面作進給運動。在切削過程中刀具往復運動的頻率和蔬菜進給運動的速度需要根據(jù)加工對象以及加工要求的不同有所調(diào)整。由此我們可以得出：切片切絲機必須具備動力源、力（力矩）傳遞機構(gòu)、切削機構(gòu)、制動機構(gòu)以及必要的外部支承定位機構(gòu)，其中力矩傳遞機構(gòu)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)與動力源運動方式匹配的運動形式轉(zhuǎn)換機能。 目前，國內(nèi)外的切菜機的切片運動形式主要有兩種： （1）刀具回轉(zhuǎn)和物料直線進給式； （2）刀具作直線往復運動和物料作直線進給式。 刀具作回轉(zhuǎn)運動切片時，切片質(zhì)量好，生產(chǎn)率高，切形多樣化（可通過不同種類的圓盤刀具來實現(xiàn)）代表了切菜機的發(fā)展方向，所以本設(shè)計仍然采用刀具回轉(zhuǎn)的切片運動形式。 2.2 切菜機方案設(shè)計 2.2.1刀具方案選擇 經(jīng)過初步的原理討論分析，我們提出了兩種不同的刀具方案，一種為裝在圓桶刀架上的弧形刀片，另一種為盤形刀片。 由于盤形刀片刀片面積利用率低，圓盤體積過大，且不易實現(xiàn)直線進給，導致效率無法提高，我們更加傾向于弧形刀片方案。 2.2.2進給方案的選擇 常用的進給方案是直線進給和離心進給。離心進給為市面上常見的切菜機所采用的進給方式，使菜品旋轉(zhuǎn)并于一定的力與固定的刀片接觸摩擦致蔬菜被切碎。使用離心原理的缺點是噪音大，機器震動大，而且體積很難壓縮。 我們提出了兩個直線進給的方案，分別是： （1）依靠彈簧彈力來推動蔬菜不斷向切削刀刃移動 （2）使用電機帶動絲杠，帶動推板推動菜向前移動。這種原理類似于普通車床的進給方式，優(yōu)點在于可以較好的調(diào)整速度控制進給量，改變切削尺寸。 2.2.3傳動方案設(shè)計 經(jīng)過分析研究，把分離傳動機構(gòu)改進為整體傳動的機構(gòu)形式（把變速變換齒輪也布置在傳動箱內(nèi)），使其機器的寬度方向尺寸減少到700mm，且刀具中心基本上位于寬度尺寸的中心，增加了機器的美觀。 本機擬采用同步帶傳動、齒輪傳動、蝸桿傳動、鏈傳動等傳動方式。 綜合分析，本設(shè)計刀具的傳動要求平穩(wěn)，采用斜齒輪傳動。輸送帶的傳動因速度較低，經(jīng)同步帶無級變速后，由蝸輪蝸桿，齒輪傳動，鏈輪傳動達到要求的速度。 本設(shè)計的多功能切菜機的傳動原理圖如圖2.1。（見下圖） 機構(gòu)工作原理說明： 該方案切菜機主要由外殼體、刀架、弧形刀具、電機底座、推板、絲杠、齒輪系組等組成。 電動轉(zhuǎn)動通過傳送帶帶動變速器工作從而帶動絲杠轉(zhuǎn)動，絲杠帶動推菜板將蔬菜推到刀具處，使得刀具對蔬菜進行切削。通過物料和切刀之間產(chǎn)生的相對運動來完成。蔬菜沿固定方向作進給運動，刀具在圓筒上進行旋轉(zhuǎn)運動，實現(xiàn)對蔬菜的切制。 通過絲杠轉(zhuǎn)動，使推板推動蔬菜向前進給，當推板推動至距離環(huán)形刀架距離最近的極限位置時，即可撥動“切換鈕”使絲杠反向轉(zhuǎn)動，推板即可回復至圖示原始位置，再次向進菜口腔內(nèi)添加蔬菜，撥動“切換鈕”，使絲杠正向轉(zhuǎn)動即可。 2.3 技術(shù)參數(shù)選擇 本設(shè)計的各種技術(shù)參數(shù)如下： （1）電機額定功率：小于1kW。 （2）外形尺寸：小于1300×700×1100mm3。 （3）切片厚度調(diào)整范圍：1-30mm可調(diào)。 （4）生產(chǎn)率：30-500kg/h（片）。 （5）可切物料的種類：根、莖、葉類蔬菜、水果、腌制食品、熟制食品、魚類、海帶類、中草藥等。 （6）物料的形狀：片、條、絲、塊、段、丁等。 第三章 動力及傳動機構(gòu)設(shè)計 3.1 電動機的選擇 電動機分交流電動機和直流電動機兩種。由于生產(chǎn)單位一般都采用三相交流電源，因此，無特殊要求時均選用三相交流電動機，其中以三相異步交流電動機應(yīng)用最廣泛。對于載荷比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運行的機械,只要所選電動機的額定功率等于或稍大于所需的電動機工作功率，電動機就能安全工作，不會過熱，因此通常不必校驗電動機的發(fā)熱和啟動轉(zhuǎn)矩。因為切菜機屬于一般機械，無特殊要求，故可以選擇的電動機的額定功率小于1kW。 容量相同的三相異步電動機，一般有3000、1500、1000及750r/min四種同步轉(zhuǎn)速。電動機同步轉(zhuǎn)速愈高，磁極對數(shù)愈少，外部尺寸愈小，價格愈低。但是電動機轉(zhuǎn)速愈高，傳動裝置總傳動比愈大，會使傳動裝置外部尺寸增加，提高制造成本。而電動機同步轉(zhuǎn)速愈低，其優(yōu)缺點則相反。 本設(shè)計選擇電動機型號為Y802-4； 額定功率：0.75 kW 額定轉(zhuǎn)速：1390 r/min 最大轉(zhuǎn)矩：2.3 N·m 3.2帶傳動的設(shè)計 3.2.1帶一的設(shè)計 （1）確定計算功率Pca 載荷變動由[1]帶傳動工作情況系數(shù)表查得 （2）選擇帶型 根據(jù)計算功率Pca=0.33kW，小帶輪轉(zhuǎn)速r/min 因此選擇Z型窄V帶。 （3）確定帶輪基準直徑 11）依據(jù)[1]初選小帶輪的基準直徑mm 2）驗算帶的速度v 在5～25m/s標準范圍之間 33）確定中心距a和帶的基準長度。 依據(jù)帶傳動帶幾何關(guān)系，計算所需帶的基準長度 mm 依據(jù)[1]基準長度系列，選擇帶長為1700mm。 （4）驗算主動輪上的包角。 （5）確定帶的根數(shù)。 (3.1) 式中包角系數(shù)依據(jù)[1]查得 長度系數(shù)依據(jù)[1]查得 單根V帶的基本額定功率查[2]得=0.294kW 查[2]得=0.03kW 根 故取1根Z型窄V帶。 （6）確定帶得預緊力。 N （7）計算帶傳動作用在軸上的力。 N 結(jié)論：選擇Z型窄V帶，兩個可調(diào)帶輪的基準直徑為，兩可調(diào)帶輪之間的中心距為500mm，帶長1700mm 3.2.2帶二的計算 （1）確定計算功率Pca 載荷變動由[1]帶傳動工作情況系數(shù)表查得 （2）選擇帶型 根據(jù)計算功率Pca=0.44kW，小帶輪轉(zhuǎn)速r/min 因此選擇Z型窄V帶。 （3）確定帶輪基準直徑。 11）依據(jù)[1]初選小帶輪的基準直徑mm 2）驗算帶的速度v 在5～25m/s標準范圍之間 33）確定中心距a和帶的基準長度。 依據(jù)帶傳動帶幾何關(guān)系，計算所需帶的基準長度 mm 依據(jù)[1]基準長度系列，選擇帶長為1800mm。 （4）驗算主動輪上的包角。 （5）確定帶的根數(shù)。 (3.1) 式中包角系數(shù)依據(jù)[1]查得 長度系數(shù)依據(jù)[1]查得 單根V帶的基本額定功率查[2]得=0.294kW 查[2]得=0.03kW 根 故取1根Z型窄V帶。 （6）確定帶得預緊力。 N （7）計算帶傳動作用在軸上的力。 N 結(jié)論：選擇Z型窄V帶，兩個可調(diào)帶輪的基準直徑為，兩可調(diào)帶輪之間的中心距為615mm，帶長1800mm 3.3圓柱齒輪的設(shè)計 3.3.1選擇齒輪材料、熱處理方式和精度等級 考慮到本設(shè)計切菜機傳送件的功率，為一般機械，要求傳動平穩(wěn)，噪聲小，故選用斜齒輪傳動。大齒輪選用45號鋼，小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)并表面淬火，HRC40～45，選用7級精度。選小齒輪齒數(shù)Z1=24, 大齒輪齒數(shù)Z2=48 3.3.2按齒面接觸強度設(shè)計 （1）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1)小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩： N·mm 2)初選，則。 3)查[2]由材料硬度選擇齒寬系數(shù)=1。 4)由表查得材料的彈性影響系數(shù)。 5）由圖按齒面硬度差得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限 6）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 7)接觸疲勞壽命系數(shù) 8)計算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，則有： （2）計算 1）試算小齒輪直徑，代入中較小的值： mm 經(jīng)查表，取mm 2）計算圓周速度v 3)計算齒寬b mm 4)計算齒寬與齒高之比 模數(shù)mm 齒高mm 5)計算載荷系數(shù) 根據(jù)v=0.565m/s,7級精度，由圖查得動載系數(shù)； 直齒輪，； 由表查得使用系數(shù)； 由表用差值法查得7級精度、小齒輪相對支撐對稱布置時； 由=10.67，查圖得；故載荷系數(shù) 3.3.3按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度設(shè)計公式為 確定公式中的各計算數(shù)值 由圖查得小齒輪彎曲疲勞強度極限 ；大齒輪彎曲疲勞強度極限 由圖取彎曲疲勞壽命系數(shù) 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4, 計算載荷系數(shù)K 查取齒形系數(shù) 由表查得 查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表查得 計算大、小齒輪的,并加以比較 設(shè)計計算 根據(jù)模數(shù)系列查得m應(yīng)取1； 小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 3.3.4幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 mm；mm； （2）計算中心距 mm （3）計算齒輪寬 mm 計算結(jié)果匯總：模數(shù)m=1mm；，中心距a=45mm；齒寬mm，mm；分度圓mm,mm。 同理可計算得第二級齒輪結(jié)果匯總?cè)缦拢? 模數(shù)m=1.25mm；，中心距a=60mm；齒寬mm，mm； 分度圓mm,mm。 3.4錐齒輪設(shè)計 3.4.1 技術(shù)要求 輸入功率，小齒輪轉(zhuǎn)速，傳動比，由手動驅(qū)動，使用年限10年，360天/年， 2次/天，每次工作0.4h。盤狀切削機構(gòu)工作時有輕微沖擊，轉(zhuǎn)向不變。 3.4.2 選定材料、熱處理及精度 考慮到本設(shè)計的功率以及對整體設(shè)計的體積要求，大小齒輪都選用軟齒面直齒圓錐齒輪。 （1）齒輪材料及熱處理 根據(jù)表9.10[2]初步選大小齒輪材料為45鋼。小齒輪調(diào)質(zhì)處理，并齒面淬火，齒面硬度為。大齒輪調(diào)質(zhì)處理，硬度為。按圖9.55和圖9.58[2]，分別取，，，，在普通齒輪機床上范成加工，齒面終加工不磨齒，必要時剃齒、刮齒或珩齒。 考慮到本設(shè)計的工作環(huán)境比較潮濕，處理的蔬菜酸堿性各異，需要零件表面具有一定的耐磨性、耐腐蝕性，并且美觀。所以對大小齒輪均進行發(fā)藍處理，以減少磨損和腐蝕，發(fā)揮零件材料的潛力，增加其使用壽命，并提高表面的裝飾效果。 （2）齒輪精度 按GB/T11365-1989，8級，法向側(cè)隙公差種類為C[3]。 3.4.3 初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸 （1）確定齒數(shù)z 因為本對齒輪的主要作用是轉(zhuǎn)換運動方向和傳遞力矩，理想傳動比，但為減小配對齒輪嚙合的振動并使所有輪齒磨損均勻，故取，，齒數(shù)比。 （2）初選模數(shù)m 直齒錐齒輪的參數(shù)和幾何尺寸均以大端為準，且大端模數(shù)m直接影響齒根彎曲強度，為防止過載時輪齒突然斷裂，按GB/T 12369-1990，選，大端的壓力角，齒頂高系數(shù)，頂隙系數(shù)[2]。 （3）當量齒輪參數(shù)計算 錐距 ，分度錐角，。 齒寬系數(shù)。一般取，故取，則。 齒寬中點的分度圓直徑（平均分度圓直徑）和平均模數(shù) 齒寬中點處當量齒輪的分度圓直徑、當量齒數(shù)及齒數(shù)比 ，， 3.4.4 強度校核 直齒錐齒輪強度的簡化計算，通常按齒寬中點的當量齒輪進行，可以直接引用直齒圓柱齒輪的相應(yīng)公式。 （1）輪齒受力分析 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 忽略齒面摩擦力，假設(shè)法向力集中作用在齒寬中點上，在分度圓上將其分解為圓周力、徑向力和軸向力相互垂直的三個分力。 載荷系數(shù),，按表9.10、圖9.44、表9.19[2]取使用系數(shù)，動載荷系數(shù)，徑向載荷分配系數(shù)，得。 （2）齒面接觸疲勞強度校核 許用接觸應(yīng)力 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 按圖9.56、圖9.57、表9.15[2]分別取壽命系數(shù)，尺寸系數(shù)，安全系數(shù)。工作硬化系數(shù)。 試驗齒輪的齒面接觸疲勞強度極限，，則許用接觸應(yīng)力。 由表9.14、圖9.48[2]分別查得材料彈性系數(shù)，節(jié)點區(qū)域系數(shù)，則齒面接觸疲勞強度為 ，，故齒面接觸疲勞強度滿足要求。 （3）齒根彎曲疲勞強度校核 許用彎曲應(yīng)力，按圖9.59、圖9.60以及表9.15[2]分別取壽命系數(shù)，尺寸系數(shù)，安全系數(shù)，試驗齒輪的應(yīng)力修正系數(shù)，試驗齒輪的彎曲疲勞極限、，則。 直齒錐齒輪傳動的齒根彎曲疲勞強度校核公式為： 按圖9.53以及圖9.54[2]分別取齒形系數(shù)，，應(yīng)力修正系數(shù)，。，則 。 ，則本對齒輪的齒根彎曲疲勞強度滿足要求。 3.4.5 齒輪幾何尺寸計算 表4-2 標準直齒錐齒輪傳動的主要幾何尺寸 名稱 代號 圓錐小齒輪 圓錐大齒輪 分度錐角 分度圓直徑 錐距 齒頂高 齒根高 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 齒頂角 齒根角 齒頂錐角 齒根錐角 分度圓齒厚 齒寬 當量齒輪 當量齒數(shù)比 平均模數(shù) 平均分度圓直徑 當量齒輪的分度圓直徑 3.4.6 齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 由于兩圓錐齒輪的齒頂圓直徑均小于200mm，且錐齒輪的小端e大于1.6m，故兩圓錐齒輪都設(shè)計為實心結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)設(shè)計如附圖01-10及01-25所示。 3.5 軸的設(shè)計 3.5.1軸徑的初步估算 由材料力學可知，軸受轉(zhuǎn)矩的作用時，其強度條件為： mm （3.7） 式中:—軸剖面中最大扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（MPa）； P—軸傳遞的功率（kW）； n—軸的轉(zhuǎn)速（r/min）； —許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（MPa）； C—由許用扭轉(zhuǎn)剪 應(yīng)力確定的系數(shù)； d—軸的直徑（mm）。 查[2]得C的值為106。由公式（3.7）得： mm 3.5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 在軸的基本直徑定下以后，要進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，定出軸的各部分的形狀和尺寸。根據(jù)切菜機的設(shè)計要求和前面的總體分析，軸的結(jié)構(gòu)如圖 3.2所示。 3.5.3軸的受力分析 由齒輪的計算可知： 切向力N 徑向力N 軸承總的支承反力為： N 圖3.2 軸結(jié)構(gòu)圖和軸受力分析圖 3.5.4軸的強度校核 已知軸的彎矩和扭矩后，可針對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸頸可能不足的截面）做彎扭合成強度校核計算。按第三強度理論，計算應(yīng)力 通常由彎矩所對稱循環(huán)變應(yīng)力。產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常常不是為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為 由于扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，所以=0.6。則軸的彎扭合成強度條件為 故軸的設(shè)計滿足要求。 3.5.5軸上鍵的校核 平鍵的兩側(cè)面是工作面，工作時兩側(cè)面受到擠壓，對于按標準選擇尺寸及鍵為常用材料的普通平鍵聯(lián)接其主要失效形式是鍵、軸槽和轂槽三者中強度最弱的工作面被壓潰。校核時，按工作面的平均擠壓力進行計算，其公式為： MPa （3.11） 式中:T—傳遞的轉(zhuǎn)矩（N·m）； d—軸的直徑（mm）； l—鍵的工作長度（mm），58mm； 、b—鍵的公稱長度和鍵寬（mm）； k—鍵與轂槽的接觸高度（mm）； —許用應(yīng)力（MPa）。 由式（3.11）得： MPa 查[2]有沖擊載荷時=120～150MPa。顯然滿足強度條件。 綜上計算得設(shè)計參數(shù)：軸材料選用40Cr；軸徑取16mm； 軸的總支反力 N，N； 鍵的壓應(yīng)力 MPa 3.5.6軸承的校核 對于傳動的滾動軸承，其滾動體和滾到發(fā)生的疲勞點蝕是主要的失效形式，因而主要是進行壽命計算，必要時再作靜強度校核。本次驗算為刀片傳動中齒輪軸兩側(cè)的軸承的校核，其型號為7204C。 （1）求兩軸承的計算軸向力和。 由[2]得7204C派生軸向力，初取e＝0.42 估算。 N N N N 由[2]插值計算得、 再計算 N N N N 確定 、 ，N、N （2）求軸承當量動載荷和。 由[2] 分別進行查表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)： 軸承1 軸承2 因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13.6 取 N N （3）驗算軸承壽命。 因為所以按軸承1得受力大小驗算： h 已知本機器使用5年，一班制，預期壽命為： h 故本軸承能夠滿足設(shè)計要求。 第四章 其他機構(gòu)設(shè)計 4.1 切削機構(gòu)設(shè)計 4.1.1 設(shè)計要求 由于料筒內(nèi)的原料在豎直方向的進給量固定，調(diào)整較難，切削機構(gòu)作為本設(shè)計實現(xiàn)目標功能的執(zhí)行機構(gòu)，不僅要實現(xiàn)刀具對原料切削，還要能夠改變切削形狀，調(diào)整切削參數(shù)。 切削機構(gòu)在工作中是直接與原料接觸的部分，出于安全考慮，不僅其構(gòu)件需要選擇無污染材料，還要注意將切削部件與機械傳動部件隔離開來，減少原料污染的可能性。 4.1.2 機構(gòu)設(shè)計 刀具的選擇 在食品加工中，切割的物料多為蔬果、肉類及面糖食品等塊狀物料。加工對象的力學性質(zhì)不同，適宜的刀片形狀也各種各樣。常用的刀片根據(jù)刀片形狀及刃口形狀的不同主要分為12類：1）鋸形刃口圓盤刀；2）光滑刃口圓盤刀；3）圓錐形刀片；4）圓弧形凸刃口刀；5）光滑刃口平板刀；6）梳形刃口刀片；7）魚鱗形刃口刀；8）鋸形刃口平板刀；9）三角刃口刀片；10）螺線型凸刃口刀；11）螺線型凹刃口刀；12）雙面磨刃刀片。 其中平板刀應(yīng)用最廣泛，本設(shè)計中選用光滑刃口平板刀作為切片刀，切絲選用梳形刃口刀片。 本設(shè)計為切片切絲機，在工作中需要實現(xiàn)切片切絲的轉(zhuǎn)換，為方便快速的實現(xiàn)這一功能，需要兩把規(guī)格相同的切片刀，兩把規(guī)格不同的切絲刀，并設(shè)計如圖3-1所示的盤狀刀架，在刀架上對稱布置刀片安裝位置，切片時，兩位置均安裝切片刀，需要切絲時，將任一切片刀卸下，換為切絲刀，在切削時，轉(zhuǎn)動刀架，將切絲刀調(diào)整到最先開始切削的位置，梳形刃口刀片切削后留下的凸臺，剛好被光滑刃口刀片切除，切成的成品均為長條形。調(diào)整切片厚度是在安裝切片刀時加裝相應(yīng)厚度的墊塊，調(diào)整切絲規(guī)格是通過跟換相應(yīng)的刀片。 圖4.1刀架、刀具安裝示意圖 4.2刀盤部件設(shè)計 刀盤部件設(shè)計主要為刀具的設(shè)計，刀具的形狀決定了切片的形狀。可以通過換用不同的刀具切不同的物料，切出各式的形狀。此多功能切菜機主要采用的刀具有兩種：新月型刀具和圓盤刀具?，F(xiàn)分別介紹如下： 4.2.1新月型刀具 主要用于切削軟的物料，如食品，葉類蔬菜等。 新月形刀具又分為單刀和雙刀兩種。如圖(5.1)在物料輸送速度一定的條件下，用雙刀具時的物料切片厚度為采用單刀時的切片厚度的一半。在本機上，當要求切片厚度變?yōu)?mm時，只能采用雙刀進行切削。 單刀用于加工莖類，葉類，長細狀的物料。加工尺寸范圍較大，加工長度為2～30mm?？梢郧衅?，也可以切絲。 雙刀也用于加工莖類，葉類，長細狀的物料。加工長度為1～16mm。也可以切片，切絲。 (a) 單 刀 (b) 雙 刀 圖4.2 新月型刀具 4.2.2圓盤刀具 主要應(yīng)用于切削物料形狀不規(guī)則，短而硬的物料，如土豆，洋蔥等。因為刀片時按在圓盤上，所以一方面增加了刀具的剛性，另一方面刀盤可以擋住刀具不切削時的物料送進而不致使物料掉下來（當物料短時），以便保證物料的切削厚度的均勻性和可靠性。 圓盤刀具同樣又分為單刀圓盤刀和雙刀圓盤刀。如圖(5.2)它們之間的切削厚度的關(guān)系與新月形刀具的單刀和雙刀的切削厚度關(guān)系相同。采用圓盤刀具的一個重要的特點是它能夠調(diào)整切片厚度。 它可以根據(jù)刀片厚度的要求，在圓盤刀架安裝刀具的表面和刀具定位面之間加入一個可調(diào)厚度的墊片來調(diào)整刀具的高度，從而可以改變切削厚度。 雖然刀片為不銹鋼材質(zhì)，但是要在刀具使用之后用水洗凈，烘干，涂油保管起來，不要與其它硬件放在一起，以免碰壞刀片的刀刃。 圖4.3 圓盤刀具 本次設(shè)計結(jié)合上述新月型刀具和圓盤刀具的特點設(shè)計出一種新型刀具如下圖示： 圖4.3 新型刀具 4.3箱體結(jié)構(gòu)設(shè)計 箱體的主要功能是支承并容納各種零件，如傳動零件、軸、軸承等，使其能夠保持正常的運動關(guān)系和運動精度；安全保護和密封作用，在保證箱體內(nèi)的零件不受外界環(huán)境影響的同時又保護操作者的人身安全，還具有一定的隔振、隔熱和隔音作用。本設(shè)計的箱體在實現(xiàn)以上功能的基礎(chǔ)上，還需改善機體的造型，使整體造型美觀，更受人們的青睞。 為減輕整個設(shè)計的重量，箱體的材料選擇熱塑性塑料高密度聚乙烯（PE），其耐化學腐蝕性優(yōu)良，沖擊強度突出，耐磨、耐疲勞。 4.3.1左箱體的設(shè)計 左箱體結(jié)構(gòu)如圖4.6所示，主要作用是與下箱體配合，支承并限定軸、軸承等零件的位置；為了提高軸承孔附近的聯(lián)結(jié)剛度，在軸承孔兩側(cè)制有凸臺，以安裝聯(lián)結(jié)螺栓，凸臺的表面需要機械加工。 考慮到成品的收集，左箱體外殼需要避開出料口，故選擇錐形與長方體形相結(jié)合的造型；又橫軸為懸臂布置，箱體側(cè)邊需“開口”，并向外延伸一段長度，為內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整提供空間。 圖4.6 左箱體 4.3.2 右箱體的設(shè)計 下箱體是本設(shè)計的基礎(chǔ)部件，既起支承作用，承受其他零部件的重量；又起基準作用，保證部件間的相對位置。下箱體的尺寸和位置精度對設(shè)計產(chǎn)生整體性的影響，因而必須合理選擇下箱體的各項精度；下箱體要有足夠的剛度，需增加其壁厚，但若單靠增加壁厚提高剛度，又必定會使下箱體笨重、浪費材料，故本設(shè)計中下箱體的壁厚取15mm，并用加強筋的辦法增加局部剛度，從而提高連接剛度，加強筋的厚度為壁厚的0.8倍，取12mm。 圖4.7 下箱體 總 結(jié) 畢業(yè)設(shè)計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結(jié)合的學習機會，通過這次對切菜機設(shè)計中理論知識和實際設(shè)計的相結(jié)合，鍛煉了我的綜合運用所學專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力，同時也提高了我查閱文獻資料、設(shè)計手冊、設(shè)計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經(jīng)驗得到了豐富，并且意志品質(zhì)力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。 這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設(shè)計的目的所在，提高是有限的但卻是全面的，正是這一次畢業(yè)設(shè)計讓我積累了許多實際經(jīng)驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也必然讓我在未來的工作學習中表現(xiàn)出更高的應(yīng)變能力，更強的溝通力和理解力。 順利如期的完成本此畢業(yè)設(shè)計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè)的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現(xiàn)了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關(guān)注新科技新設(shè)備新工藝的出現(xiàn)，并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務(wù)。 參考文獻 [1] 龔溎義, 羅圣國，李平林，張立乃，黃少顏.機械設(shè)計課程設(shè)計指導書[M].第二版. 北京：高等教育出版社，2009 [2] 吳克堅,于曉紅,錢瑞明. 機械設(shè)計 [M].第一版.北京：高等教育出版社，2003 [3] 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Green design: An introduction to issues and challenges [J] IEEE Transactions on Components. Packaging and Manufacturing Technology.Part-A.1994.17(4) 致 謝 大學生活即將結(jié)束，在這短短的幾年里，讓我結(jié)識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教學相幫的教師。 首先，向本設(shè)計的指導老師——****老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時間對我們進行指導，時刻關(guān)心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于設(shè)計的全過程，從借閱參考資料到現(xiàn)場的實際操作，他都給予了指導，不僅使我學會書本中的知識，更學會了學習操作方法。也懂得了如何把握設(shè)計重點，如何合理安排時間和論文的編寫。 其次，要向給予此次畢業(yè)設(shè)計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設(shè)計過程中，他們也給我很多幫助和無私的關(guān)懷，更重要的是為我們提供不少技術(shù)方面的資料，在此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。 總之，本次的設(shè)計是老師和同學共同完成的結(jié)果，在設(shè)計的一個月里，我們合作的非常愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示感謝！